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微型燃气 涡轮发电系统

阅读：3发布：2020-06-23

专利汇可以提供微型燃气涡轮发电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种微型燃气涡轮发电系统，包括储气罐、引射器和微型涡轮发电机；系统主要部分由高压氢气罐、三级引射压缩器与微型燃烧室集成结构、微型燃气涡轮与发电机集成结构、整流电路块。由于涡轮尺寸小，级数少而不能像传统的方式采用多级透平利用燃气推动涡轮做功，因此在燃气进入涡轮前，我们采用多段分级引射方式，借助多级引射器的作用，系统以少量高压气体引射进大量低压空气后混合而得中压混合气，从而大幅度增加涡轮入口气体的质量流量，显著提高涡轮转速和输出功率。，下面是微型燃气涡轮发电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：包括储气罐、引射器和微型涡轮发电机；
所述储气罐内储存有高压氢气，所述引射器为筒状且引射器内沿轴向依次设置有前级引射机构、燃烧室和后级引射机构，所述储气罐内的高压氢气通过前级引射机构引射外部空气形成混合燃气后进入燃烧室燃烧，所述燃烧室燃烧产生的气体通过后级引射机构引射外部空气形成混合气体后进入微型涡轮发电机，实现涡轮发电。
2.根据权利要求1所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述前级引射机构为两级引射机构。
3.根据权利要求2所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述引射器内设置有沿轴向由前到后半径逐渐增大的第一孔段、第二孔段、第三孔段、第四孔段和第五孔段，所述第一孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第一引射孔，所述第二孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第二引射孔，所述第四孔段为燃烧室，所述第四孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第三引射孔。
4.根据权利要求3所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述第一引射孔、第二引射孔和第三引射孔分别为多个并沿周向均匀分布。
5.根据权利要求4所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述微型涡轮发电机包括筒状结构的机壳、转动内套于机壳内的涡轮组件、与涡轮组件传动配合的电机转轴、固定内套于机壳的固定套、间隔固定内套于固定套的支撑套、固定于支撑套外圆的磁筒和转动外套于磁筒并与电机转轴周向传动配合的线圈绕组，所述电机转轴转动内套于支撑套内且电机转轴的端部设置有碳刷。
6.根据权利要求5所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述机壳内部形成用于安装涡轮组件的涡轮安装腔，涡轮组件包括与机壳同轴设置的涡轮轴、周向传动外套于涡轮轴的涡轮和设置于涡轮轴两端的支撑轴承和密封圈，所述涡轮安装腔连通设置有进气口和出气口。
7.根据权利要求6所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述涡轮轴为端部设置有夹头的夹持转轴，所述夹持转轴的端部同轴夹持电机转轴实现周向传动配合。
8.根据权利要求7所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：还包括外套于夹持转轴并用于径向紧固夹头的锁紧套，所述锁紧套的端面内圆沿径向凸起形成锁紧圆锥面，所述夹持转轴为管状且端部形成锥形变径夹头，所述锁紧圆锥面外套于锥形变径夹头并径向锁紧锥形变径夹头实现夹持转轴与电机转轴周向固定。
9.根据权利要求8所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述固定套的端部内圆沿进行凸起形成支撑环台，所述锁紧套的一端内套于支撑环台且支撑换台的一端形成用于对锁紧套轴向限位的限位台阶。
10.根据权利要求9所述的微型燃气涡轮发电系统，其特征在于：所述限位台阶沿轴向延伸形成安装套，所述支撑套的一端以沿周向固定的方式内套于安装套，所述支撑套与电机转轴之间设置有支撑轴承。

说明书全文

微型燃气涡轮发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及领域，具体涉及一种微型燃气涡轮发电系统。

背景技术

[0002] 近年来，基于微/纳米技术的微机电系统(mems)发展迅速，许多设备结构向微型化和功能集成化发展，因此，航空航天、通信、生物医学、国防等领域紧迫需求为微机电系统提供能量的超高能量密度微型能源动力系统，现有微能源系统方案由：微型涡轮发动机、微型汪克尔转子发动机、微型自由活塞式发动机、微型外热机和为微热电系统等，这些构造都为原有宏观构造的微型化，结构复杂，很难实现很好的微型化加工，样品展现出的性能不理想，所以目前均处于理论分析和如何证实其方案是否可行阶段。常规电池能量密度不高，无法承担长距离可持续供电，并且电池再充装和环保回收都较麻烦。

[0003] 因此，为解决以上问题，需要一种微型燃气涡轮发电系统，能够显著提高涡轮转速和输出功率，并且结构简单紧凑，便携性好。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供微型燃气涡轮发电系统，能够显著提高涡轮转速和输出功率，并且结构简单紧凑，便携性好。

[0005] 本发明的微型燃气涡轮发电系统，包括储气罐、引射器和微型涡轮发电机；所述储气罐内储存有高压氢气，所述引射器为筒状且引射器内沿轴向依次设置有前级引射机构、燃烧室和后级引射机构，所述储气罐内的高压氢气通过前级引射机构引射外部空气形成混合燃气后进入燃烧室燃烧，所述燃烧室燃烧产生的气体通过后级引射机构引射外部空气形成混合气体后进入微型涡轮发电机，实现涡轮发电。

[0006] 进一步，所述前级引射机构为两级引射机构。

[0007] 进一步，所述引射器内设置有沿轴向由前到后半径逐渐增大的第一孔段、第二孔段、第三孔段、第四孔段和第五孔段，所述第一孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第一引射孔，所述第二孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第二引射孔，所述第四孔段为燃烧室，所述第四孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第三引射孔。

[0008] 进一步，所述第一引射孔、第二引射孔和第三引射孔分别为多个并沿周向均匀分布。

[0009] 进一步，所述微型涡轮发电机包括筒状结构的机壳、转动内套于机壳内的涡轮组件、与涡轮组件传动配合的电机转轴、固定内套于机壳的固定套、间隔固定内套于固定套的支撑套、固定于支撑套外圆的磁筒和转动外套于磁筒并与电机转轴周向传动配合的线圈绕组，所述电机转轴转动内套于支撑套内且电机转轴的端部设置有碳刷。

[0010] 进一步，所述机壳内部形成用于安装涡轮组件的涡轮安装腔，涡轮组件包括与机壳同轴设置的涡轮轴、周向传动外套于涡轮轴的涡轮和设置于涡轮轴两端的支撑轴承和密封圈，所述涡轮安装腔连通设置有进气口和出气口。

[0011] 进一步，所述涡轮轴为端部设置有夹头的夹持转轴，所述夹持转轴的端部同轴夹持电机转轴实现周向传动配合。

[0012] 进一步，还包括外套于夹持转轴并用于径向紧固夹头的锁紧套，所述锁紧套的端面内圆沿径向凸起形成锁紧圆锥面，所述夹持转轴为管状且端部形成锥形变径夹头，所述锁紧圆锥面外套于锥形变径夹头并径向锁紧锥形变径夹头实现夹持转轴与电机转轴周向固定。

[0013] 进一步，所述固定套的端部内圆沿进行凸起形成支撑环台，所述锁紧套的一端内套于支撑环台且支撑换台的一端形成用于对锁紧套轴向限位的限位台阶。

[0014] 进一步，所述限位台阶沿轴向延伸形成安装套，所述支撑套的一端以沿周向固定的方式内套于安装套，所述支撑套与电机转轴之间设置有支撑轴承。

[0015] 本发明的有益效果是：本发明公开的一种微型燃气涡轮发电系统，系统主要部分由高压氢气罐、三级引射压缩器与微型燃烧室集成结构、微型燃气涡轮与发电机集成结构、整流电路块。由于涡轮尺寸小，级数少而不能像传统的方式采用多级透平利用燃气推动涡轮做功，因此在燃气进入涡轮前，我们采用多段分级引射方式，借助多级引射器的作用，系统以少量高压气体引射进大量低压空气后混合而得中压混合气，从而大幅度增加涡轮入口气体的质量流量，显著提高涡轮转速和输出功率。附图说明

[0016] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

[0017] 图1为本发明的结构示意图；

[0018] 图2为本发明中微型涡轮发电机的结构示意图；

[0019] 图3为图2中B-B向剖视图。

具体实施方式

[0020] 图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中微型涡轮发电机的结构示意图，图3为图2中B-B向剖视图，如图所示，本实施例中的微型燃气涡轮发电系统，包括储气罐21、引射器22和微型涡轮发电机23；所述储气罐内储存有高压氢气，所述引射器为筒状且引射器内沿轴向依次设置有前级引射机构、燃烧室和后级引射机构，所述储气罐内的高压氢气通过前级引射机构引射外部空气形成混合燃气后进入燃烧室燃烧，所述燃烧室燃烧产生的气体通过后级引射机构引射外部空气形成混合气体后进入微型涡轮发电机，实现涡轮发电；所述前级引射机构为两级引射机构；高压氢气从高压储气罐流经渐缩喷管其压力、温度降低，速度提高进入引射器。首先高速流动氢气在第一级和第二级引射器卷吸空气，形成速度小于氢气火焰传播速度的混合燃气；然后氢气与空气的混合气体进入燃烧室等压燃烧，燃气温度急剧上升，流速与压力增大；其次燃烧尾气进入第三级引射器时卷吸空气，燃气温度降低，涡轮入口气体的质量流量增加；低压气流沿主进气管进入进气口，气流冲击涡轮叶片产生较大扭矩使其转动，最后涡轮转子带动与芯轴固定连接的电机线圈高速旋转切割磁力线而产生电流。线圈产生的电流经整流电路模块后输出稳定电流。在此过程中连续而稳定的气流使涡轮转子保持近似匀速转动。做完功后的废气从排气口排出。整个过程中三级引射总引射比≥150。样机属于旋转式发动机动力机械，构件内只有涡轮作相对旋转运动。因而本燃气涡轮系统具有高转速、工作平稳、振动小等优点。

[0021] 本实施例中，所述引射器内设置有沿轴向由前到后半径逐渐增大的第一孔段22a、第二孔段22b、第三孔段22c、第四孔段22d和第五孔段22e，所述第一孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第一引射孔，所述第二孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第二引射孔，所述第四孔段为燃烧室，所述第四孔段后端面沿轴向向前凹陷形成贯穿引射器前端面的第三引射孔；引射效果好，加工方便，结构紧凑。

[0022] 本实施例中，所述第一引射孔、第二引射孔和第三引射孔分别为多个并沿周向均匀分布；提高引射效率。

[0023] 本实施例中，所述微型涡轮发电机包括筒状结构的机壳5、转动内套于机壳内的涡轮组件、与涡轮组件传动配合的电机转轴6、固定内套于机壳的固定套8、间隔固定内套于固定套的支撑套、固定于支撑套外圆的磁筒和转动外套于磁筒9并与电机转轴周向传动配合的线圈绕组7，所述电机转轴转动内套于支撑套内且电机转轴的端部设置有碳刷10；结构紧凑，传动结构稳定，发电稳定，所述机壳后端设置有后盖11进行封盖。

[0024] 本实施例中，所述机壳内部形成用于安装涡轮组件的涡轮安装腔，涡轮组件包括与机壳同轴设置的涡轮轴、周向传动外套于涡轮轴的涡轮12和设置于涡轮轴两端的支撑轴承和密封圈1，所述支撑轴承的端面设置有薄片挡板3，所述涡轮安装腔连通设置有进气口和出气口。

[0025] 本实施例中，所述涡轮轴4为端部设置有夹头的夹持转轴2，所述夹持转轴的端部同轴夹持电机转轴实现周向传动配合；还包括外套于夹持转轴并用于径向紧固夹头的锁紧套，所述锁紧套的端面内圆沿径向凸起形成锁紧圆锥面，所述夹持转轴为管状且端部形成锥形变径夹头，所述锁紧圆锥面外套于锥形变径夹头并径向锁紧锥形变径夹头实现夹持转轴与电机转轴周向固定；夹持稳定，安装方便。

[0026] 本实施例中，所述固定套的端部内圆沿进行凸起形成支撑环台，所述锁紧套的一端内套于支撑环台且支撑换台的一端形成用于对锁紧套轴向限位的限位台阶；传动稳定。

[0027] 本实施例中，所述限位台阶沿轴向延伸形成安装套，所述支撑套的一端以沿周向固定的方式内套于安装套，所述支撑套与电机转轴之间设置有支撑轴承；减小摩擦阻力，提高传动效率。

[0028] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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